一种多电枢绕组永磁电机及其控制方法技术

本发明专利技术提供了一种多电枢绕组永磁电机及其控制方法，属于电机技术领域。解决了永磁电机超额定转速运行消耗更多电能的问题。其技术方案为：包括多种电枢绕组的基本构形及其控制方法，使单台永磁电机在多种槽极组合的磁场条件下运行,实现电机电磁场运动的多样性，同时也增加了电机的容错安全能力，使电机获得多种基频。本发明专利技术的有益效果为：本发明专利技术拓宽电机高速和高效率的运行区间，满足电机转矩和转速高频次变化的工况应用需求。频次变化的工况应用需求。频次变化的工况应用需求。

【技术实现步骤摘要】
一种多电枢绕组永磁电机及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电机
，具体为所述一种多电枢绕组永磁电机及其控制方法。

技术介绍

[0002]常规永磁同步电机只有单一的槽极比组合及其基于该槽极比组合的定子电枢绕组，因而只有一种电磁场条件和一个反电动势及一种基频的额定转速。当工况需要永磁电机实施超额定转速运行时，现有技术的解决方案是由驱动器对电机实施弱磁控制，使电机提高转速降低转矩恒功率运行来实现。这种弱磁控制的恒功率运行方法无法满足工况恒转矩条件下的超基频运行的需要，也会增加额外的弱磁电流损耗。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供所述一种多电枢绕组永磁电机及其控制方法，能够满足特殊复杂工况对于永磁电机兼顾高效和高速性能及容错功能的需求，为高频次转矩和转速变化的工况应用需求提供技术解决方案。本专利技术尤其对于航空器和航海器电推进系统、新能源电动车动力系统、风力水力等发电及储能系统、透平机械行业、智能化持续运行设备等行业具有特殊的应用价值。
[0004]为解决上述技术问题及实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案具体为：根据所述一种多电枢绕组永磁电机及其控制方法，其特征在于，永磁电机的一个确定极数的转子与一个定子体上多种不同齿槽数量的电枢绕组实施电磁运动，具有多种不同槽极组合的电枢绕组，电枢控制器通过调控开关器件构成多电枢绕组及多相电枢绕组的构型；永磁电机定子体设有多种由不同定子齿槽数量和不同线圈数量构成的电枢绕组，这些电枢绕组分为若干个不同层级和不同的槽极比组合，包括单层电枢绕组、双层电枢绕组和单双层混合电枢绕组；电机第一层级电枢绕组包括由定子部分齿槽构成的不同槽极组合的单层电枢绕组和双层电枢绕组，包括由第一层级单层电枢绕组和双层电枢绕组构成的占用全部定子齿槽的第一层级的单双层混合电枢绕组；电机第二层级、第三层级、第四层级电枢绕组及其以下次层级不同槽极比组合的电枢绕组的齿槽数量，分别为在上一层级的单层电枢绕组和双层电枢绕组中各自分别在对等电角度位置上减少对等数量的相绕组线圈后所占用的齿槽数量；第二层级及其以下次层级不同槽极比电枢绕组，分别为由所述电枢控制器在上一层级的单层电枢绕组和双层电枢绕组中分别在对等的电角度位置上减少使用对等数量的一个或者多个相绕组线圈后所构成的单层电枢绕组和双层电枢绕组；同一层级的单层电枢绕组与双层电枢绕组共同构成该层级的单双层混合电枢绕组，不同层级的单层电枢绕组与双层电枢绕组共同构成跨层级的单双层混合电枢绕组；各个电枢绕组的设立需满足各相绕组线圈电角度均匀分布及符合电机转子极数与该电枢绕组齿槽数之间的槽极比关系。
[0005]根据所述一种多电枢绕组永磁电机及其控制方法，其特征在于，电枢控制器在各个电枢绕组的相绕组线圈之间及其各个相绕组之间分别设立开关器件预设连接电路，在各个电枢绕组之间预设切换电路；电枢控制器根据永磁电机负载侧的工况需求选用所需运行的电枢绕组，电枢控制器实施被选用的电枢绕组的相绕组线圈之间及其相绕组之间的电路导通，实施未选用的电枢绕组线圈、相绕组的电路关断，实施被选用与未选用的电枢绕组之间的电路切换；控制器向电机驱动器发送被选用电枢绕组信息，驱动器相应变换电枢绕组矢量控制参数及在控制器指令下实施电机驱动。
[0006]根据所述一种多电枢绕组永磁电机及其控制方法，其特征在于，电机转子的极对数与定子全部齿槽数的槽极比是分数槽，第二层级及其以下次层级电枢绕组包括分数槽和整数槽类型；在实际设定和选用多电枢绕组时，可以根据工况需要及转子的极对数匹配设定电枢绕组及选用整数槽或者分数槽，以最佳的定转子槽极比组合使电机减小电磁运动时的齿谐波幅值和降低齿槽转矩脉动。
[0007]根据所述一种多电枢绕组永磁电机及其控制方法，其特征在于，多种槽极比组合的电枢绕组的相绕组之间选用星形连接方式和/或角形连接方式，也可以根据负载侧工况需要对于同一套电枢绕组进行星形和角形的预设电路连接。
[0008]根据所述一种多电枢绕组永磁电机及其控制方法，其特征在于，各层级不同槽极比组合的电枢绕组包括一个以上数量或者多个单层电枢绕组、双层电枢绕组、单双层混合电枢绕组。
[0009]根据所述一种多电枢绕组永磁电机及其控制方法，其特征在于，多种电枢绕组分别在电枢控制器和电机驱动器控制下独立运行和共同运行。
[0010]根据所述一种多电枢绕组永磁电机及其控制方法，其特征在于，不同层级电枢绕组包括多个三相和多相电枢绕组，多相电枢绕组可以依不同层级制备方法设立多个不同齿槽数量和线圈数量的三相绕组及多相绕组。
[0011]根据所述一种多电枢绕组永磁电机及其控制方法，其特征在于，电机转子的极数为一对极及其整倍数，还包括径向复合与轴向复合的转子体，也包括内转子和外转子同时及共同与同一个定子体的电枢绕组进行电磁反应的多种类型转子体。
[0012]根据所述一种多电枢绕组永磁电机及其控制方法，其特征在于，电枢控制器与电枢绕组之间采用但不限于单独或者混合使用电性连接、电路连接、电磁连接、电气连接等连接方式以及接合、导通、关断、断路、延迟等各种类型的电控方式。
[0013]根据所述一种多电枢绕组永磁电机及其控制方法，其特征在于，包括电动机和发电机。
[0014]与现有常规永磁电机技术相比，本专利技术的有益效果为，在电机第一层级电枢绕组和电机本体形态确定的条件下，以不同层级的不同齿槽数量及线圈数量为基础的多种电枢绕组与同一转子进行的电磁反应产生各自不同的反电动势，在驱动器输入相同或者近似的工作电压条件下，不同反电动势的电枢绕组具有不同的基频，从而使得单一永磁电机具备以多种电枢绕组的不同基频转速运行的性能，其多相绕组具备更多的容错功能。本专利技术多电枢绕组永磁电机及其控制方法对于新能源电动车动力系统、航空器和航海器的电推进动力系统、风力和水利发电储能系统、透平机械工业系统、智能自动化生产线设备等都具有实际应用价值。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例及所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面表述的一些实施例，不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下，还可以根据这些实施例及附图获得所有其他实施例和附图，这些都属于本专利技术保护的范围。
[0016]图1为本专利技术四个层级电枢绕组示意图；图2为本专利技术四个层级电枢电路开关控制示意图；图3为本专利技术十二相电枢绕组示意图；图4为本专利技术十二相电枢电路开关控制示意图。
[0017]其中，附图标记为：101：第一层级三十六槽单双层混合电枢绕组；102：第一层级二十四槽单层电枢绕组；103：第一层级十二槽双层电枢绕组；104：第二层级三十槽单双层混合电枢绕组；105：第二层级十八槽单层电枢绕组；106：第二层级十二槽双层电枢绕组；107：第三层级二十一槽单双层混合电枢绕组；108：第三层级十二槽单层电枢绕组；109：第三层级九槽双层电枢绕组；110：第四层级十二槽单双层混合电枢绕组；111：第四层级六槽单层电枢绕组；112：第四层级六槽双层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.所述一种多电枢绕组永磁电机及其控制方法，其特征在于，永磁电机的一个确定极数的转子与一个定子体上多种不同齿槽数量的电枢绕组实施电磁运动，电枢控制器通过调控开关器件构成多电枢绕组及多相电枢绕组的构型；永磁电机定子体设有多种由不同定子齿槽数量和不同线圈数量构成的电枢绕组，这些电枢绕组分为若干个不同层级和不同的槽极比组合，包括单层电枢绕组、双层电枢绕组和单双层混合电枢绕组；电机第一层级电枢绕组包括由定子部分齿槽构成的不同槽极组合的单层电枢绕组和双层电枢绕组，包括由第一层级单层电枢绕组和双层电枢绕组构成的占用全部定子齿槽的单双层混合电枢绕组；电机第二层级电枢绕组及其以下次层级不同槽极比组合的电枢绕组的齿槽数量，分别为上一层级的单层电枢绕组和双层电枢绕组各自分别在对等电角度位置上减少对等数量的相绕组线圈后所占用的齿槽数量；第二层级及其以下次层级不同槽极比电枢绕组，分别为上一层级的单层电枢绕组和双层电枢绕组各自分别在对等电角度位置上减少对等数量的相绕组线圈数量后所构成的单层电枢绕组和双层电枢绕组；同一层级的单层电枢绕组与双层电枢绕组共同构成该层级的单双层混合电枢绕组，不同层级的单层电枢绕组与双层电枢绕组共同构成跨层级的单双层混合电枢绕组；电枢控制器在各个电枢绕组的相绕组线圈之间及其各个相绕组之间分别设立开关器件并且预设连接电路，在各个电枢绕组之间预设切换电路；电枢控制器实施被选用的电枢绕组的相绕组线圈之间及其相绕组之间的电路导通，实施其余电枢绕组相绕组线圈、相绕组的电路关断，实施被选用与未选用的电枢绕组...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯家任，田立红，冯海曦，
申请(专利权)人：北京明正维元电机技术有限公司，
类型：发明
国别省市：